香农_信息论及数字通信之父

香农：信息论及数字通信之父

刘瑞挺／文

２０

世纪中叶，信息论、控制论、系 统论等标新立异的新理论相继问世，有力地“晃动”着传统的科学框架。克劳德·香农是一位美国数学工程师，作为信息论的创始人，人们认为他是２０世纪最伟大的科学家之一。他在通信技术与工程方面的创造性工作，为计算机与远程通信奠定了坚实的理论基础。人们尊崇香农为信息论及数字通信时代的奠基之父。确

实，他对人类的贡献超过了一般的诺贝尔获奖者。回顾２０世纪的信息革命风暴，经他阐明的信息概念、连同“比特”这个单位已经深入人心，成为今天日常生活都离不开的词汇。

家庭背景

克劳德·香农（Ｃｌａｕｄｅ　ＥｌｗｏｏｄＳｈａｎｎｏｎ，１９１６－２００１）１９１６年４月３０日诞生于美国密西根州的Ｐｅｔｏｓｋｅｙ。在Ｇａｙｌｏｒｄ小镇长大，当时镇里只有三千居民。父亲是该镇的法官，他们父子的姓名完全相同，都是Ｃｌａｕｄｅ　ＥｌｗｏｏｄＳｈａｎｎｏｎ。母亲是镇里的中学校长，姓名是Ｍａｂｅｌ　Ｗｏｌｆ Ｓｈａｎｎｏｎ。他生长在一

个有良好教育的环境，不过父母给他的科学影响好像还不如祖父的影响大。香农的祖父是一位农场主兼发明家，发明过洗衣机和许多农业机械，这对香农的影响比较直接。此外，香农的家庭与大发明家爱迪生（Ｔｈｏｍａｓ　Ａｌｖａ　Ｅｄｉｓｏｎ，１８４７－１９３１）还有远亲关系。

香农的大部分时间是在贝尔实验室和ＭＩＴ（麻省理工学院）度过的。在“功成名就”后，香农与玛丽（Ｍａｒｙ　Ｅｌｉｚａ－ｂｅｔｈ　Ｍｏｏｒｅ）１９４９年３月２７日结婚，他们是在贝尔实验室相识的，玛丽当时是数据分析员。他们共有四个孩子：三个儿子Ｒｏｂｅｒｔ、Ｊａｍｅｓ、Ａｎｄｒｅｗ　Ｍｏｏｒｅ和一个

女儿Ｍａｒｇａｒｉｔａ　Ｃａｔｈｅｒｉｎｅ。后来身边还有两个可爱的孙女。

２００１年２月２４日，香农在马萨诸塞州Ｍｅｄｆｏｒｄ辞世，享年８５岁。贝尔实验室和ＭＩＴ发表的讣告都尊崇香农为信息论及数字通信时代的奠基之父。

攻读学位

１９３６年香农在密西根大学获得数学与电气工程学士学位，然后进入ＭＩＴ念研

v ＩＴ历史名人走廊　v

克劳德·香农

究生。

１９３８年香农在ＭＩＴ获得电气工程硕士学位，硕士论文题目是《Ａ　ＳｙｍｂｏｌｉｃＡｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｒｅｌａｙ　ａｎｄ　ＳｗｉｔｃｈｉｎｇＣｉｒｃｕｉｔｓ》

（继电器与开关电路的符号分析）。当时他已经注意到电话交换电路与布尔代数之间的类似性，即把布尔代数的

“真”与“假”和电路系统的“开”与“关”对应起来，并用１和０表示。于是他用布尔代数分析并优化开关电路，这就奠定了数字电路的理论基础。哈佛大学的伽登纳（Ｈｏｗａｒｄ　Ｇａｒｄｎｅｒ）教授说，“这可能是本世纪最重要、最著名的一篇硕士论文。”

１９４０年香农在ＭＩＴ获得数学博士学位，而他的博士论文却是关于人类遗传学的，题目是《Ａｎ　Ａｌｇｅｂｒａ　ｆｏｒ　Ｔｈｅｏ－ｒｅｔｉｃａｌ　Ｇｅｎｅｔｉｃｓ》

（理论遗传学的代数学）。这说明香农的科学兴趣十分广泛，后来他在不同的学科方面发表过许多有影响的文章。

在读学位的同时，他还用部分时间跟温尼法·布什（Ｖａｎｎｅｖａｒ　Ｂｕｓｈ）教授进行微分分析器的研究。这种分析器是早期的机械模拟计算机，用于获得常微分方程的数值解。１９４１年香农发表了《Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎ－ｔｉａｌ　ａｎａｌｙｚｅｒ》

（微分分析器的数学理论），他写道：“大多数结果通过证明的定理形式给出。最重要的是处理了一些条件，有些条件可以生成一个或多个变量的函数，有些条件可使常微分方程得到解。还给出了一些注意事项，给出求函数的近似值（不能产生精确值）、求调整率的近似值以及自动控制速率的方法。”

特殊癖好

大家从照片上看，可能以为克劳德·

香农是一位文质彬彬的书生。事实上，他

有许多爱好，特别令人难以置信的是香农

可以熟练地玩一套杂技。不是在舞台上，

而是在日常生活中，例如在贝尔实验室的

走廊里。

从ＭＩＴ到香农宽敞的住宅只有几英

里。他的住宅里放满了各种乐器，诸如有

５台钢琴、３０多种其他乐器，从短笛到各

种铜管乐器应有尽有。童年时代，他热衷

于装无线电收音机、练莫尔斯电报码、搞

密码学等。在Ｇａｙｌｏｒｄ　上中学时他还当

过Ｗｅｓｔｅｒｎ　Ｕｎｉｏｎ　的信使。

在他的玩具室里，有一个杂耍杰作，

由３个丑人一起玩１１个环、７个球和５个

棍子，通过钟表机构驱动。可见当他还是

孩子时就喜爱杂耍，香农的一生都迷恋

于平衡与控制稳定性。他的平衡兴趣与

能力是十分有名的，一个脍炙人口的故

事是他经常骑着独轮车（ｕｎｂｉｃｙｃｌｅ）、手

里抛着三个球来到贝尔实验室的大厅。

有时他还踩着高跷骑摩托，使同事害怕

不已。他发明过有两个座位的独轮车，不

过恐怕没有人敢与他共享。他还把独轮

车造成偏离地心的，骑在上面忽高忽低，

像鸭子行走似的。

他设计并建造了下棋机器、迷宫老

鼠（左图）、杂耍器械以及智力阅读机。下

国际象棋的机器包括用３个指头能抓起棋

子的手臂、蜂鸣器以及简单的记录装置。

他还建造了供孩子们到湖边玩耍的升降

机，长约６００英尺，设有座位。这些活动

表明了香农的主张，即好奇心比实用性对

他的刺激更大。他的名言是：“我感到奇

妙的是事物何以集成一体。”

参加工作

１９４１年香农以数学研究员的身份进

入新泽西州的ＡＴ＆Ｔ贝尔电话公司，并在

贝尔实验室工作到１９７２年，从２４岁到５５

岁，整整３１年。１９５６年他当了ＭＩＴ的访

问教授，１９５８年成为正式教授，１９７８年

退休。

人们描述香农的生活，白天他总是

关起门来工作，晚上则骑着他的独轮车来

到贝尔实验室。他的同事Ｄ．　Ｓｌｅｐｉａｎ写

到：“我们大家都带着午饭来上班，饭后

在黑板上玩玩数学游戏，但克劳德很少过

来。他总是关起门来工作。但是，如果你

要找他，他会非常耐心地帮助你。他能

立刻抓住问题的本质。他真是一位天才，

在我认识的人中，我只对他一人使用这

个词。”

香农与Ｊｏｈｎ　Ｒｉｏｒｄａｎ一起工作，

１９４２年发表了一篇关于串并联网络的双

终端数的论文。这篇论文扩展了麦克马洪

（Ｐｅｒｃｙ　Ａ．　ＭａｃＭａｈｏｎ，１８５４－１９２９）

１８９２年在Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉａｎ上发表的论文理论。

１９４８年则创立了信息论（ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ

迷宫老鼠机器